(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線を有する固定子と、複数の永久磁石および回転子鉄心を有する回転子とを備えた永久磁石型回転電機において、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に２箇所以上配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とを有し、前記複数の永久磁石の周囲を取り囲むように構成された単数ないし複数の導通回路をさらに備え、
前記複数の永久磁石は、独立した別個の磁極を構成し、
前記導通回路は、前記第１導体および前記第２導体からなる導体の全部あるいは一部が前記回転子鉄心の外部に配置されており、インバータから前記電機子巻線に注入される高周波電流が発生する磁界の作用により前記回転子の回転角度に応じて大きさの異なる誘導電流が流れ、前記回転子の回転角度に応じてインピーダンスが変化する
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第２導体は、前記回転子の軸方向の両端部に配置され、前記第１導体の全てを電気的に接続することを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の永久磁石型回転電機において、
前記導通回路は、前記複数の永久磁石のうちの１以上の個別の永久磁石の周囲に設けられた１ターン以上の導体で構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項４】
請求項２または３に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、隣り合う永久磁石の間に配置されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項５】
請求項２または３に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、回転子鉄心よりも固定子側に近い位置に配置されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項６】
請求項２または３に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、電機子側に近い部分で周方向に広がった形状を有することを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、電機子側に近い部分で周方向に広がっており、さらに前記永久磁石に被さる形状を有することを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項８】
請求項２または３に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、前記回転子鉄心と接するように配置されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項９】
請求項８に記載の永久磁石型回転電機において、
前記回転子鉄心は、隣り合う永久磁石間で固定子側に突出した突起部を有し、
前記第１導体は、前記突起部と接するように配置される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
請求項２または３に記載の永久磁石型回転電機において、
前記第１導体は、一部が回転子鉄心に埋め込まれていることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型回転電機に関するものであり、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置に適用されるモータや産業用のサーボモータのような永久磁石型回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年様々な用途に永久磁石型回転電機が採用されており、要求される性能として、低コギングトルクがある。コギングトルクは、振動の原因となり、例えば、電動パワーステアリング装置に用いられるモータでは、操舵フィーリングを向上するために、コギングトルクを非常に小さくする必要がある。
【０００３】
また、その一方で、モータの小型化や低コスト化の要求に応えるために、エンコーダやレゾルバなどの回転角度検出装置を具備しなくとも、回転角度を検出してモータを駆動する、いわゆる「回転センサレス駆動」の技術が開発されている。例えば、この回転センサレス駆動としては、Ｎ極とＳ極とを区分する極間を中心として回転子の正、逆回転方向のそれぞれ電気角８０〜１００°の角度区間において、非磁性体層を回転子の外表面に置いたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、回転角度検出を目的とするものではないが、回転子に導体を有する例としては、自己始動型の永久磁石形同期電動機がある（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２９４３９１号公報
【特許文献２】特公昭５７−３１３６２号公報
【特許文献３】特公昭６３−２０１０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
このような永久磁石型回転電機にあっては、Ｎ極とＳ極とを区分する極間を中心として、回転子の正、逆回転方向のそれぞれ電気角８０〜１００°の角度区間において、非磁性体層を回転子の外表面に置いている。このため、インダクタンスの回転角度による変化が小さいという課題があった。
【０００７】
従来から知られている自己始動形の永久磁石形同期電動機の例においても、導体の配置が適切でないため、インダクタンスの回転角度による変化が得られず、回転角度の検出には適していないという課題があった。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、回転センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る永久磁石型回転電機は、電機子巻線を有する固定子と、複数の永久磁石および回転子鉄心を有する回転子とを備えた永久磁石型回転電機において、回転子の軸方向に延在し、回転子の周方向に２箇所以上配置された第１導体と、第１導体間を電気的に接続する第２導体とを有し、複数の永久磁石の周囲を取り囲むように構成された単数ないし複数の導通回路をさらに備え、複数の永久磁石は、独立した別個の磁極を構成し、導通回路は、第１導体および第２導体からなる導体の全部あるいは一部が回転子鉄心の外部に配置されており、インバータから電機子巻線に注入される高周波電流が発生する磁界の作用により回転子の回転角度に応じて大きさの異なる誘導電流が流れ、回転子の回転角度に応じてインピーダンスが変化するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、導体の全部あるいは一部が回転子鉄心の外部に配置され、かつ複数の永久磁石の周囲を取り囲むように導通回路を構成することにより、回転電機の回転角度に応じて、導通回路中に流れる誘導電流によるインダクタンスの差が生ずる現象を利用して、回転子の位置を高精度に検出できるとともに、構造の簡素化に伴う小型化や低コスト化を実現でき、回転センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の永久磁石型回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の断面図である。固定子１０は、固定子鉄心１１と電機子巻線１２を有し、回転子２０は、回転子鉄心２１と永久磁石２２を有している。永久磁石２２は、磁極を構成するが、複数の磁極は、それぞれ個別の独立した永久磁石２２で構成されている。永久磁石２２を保護するために、飛散防止用のステンレス製の管を設ける場合もあるが、この図では省略している。
【００１３】
また、隣り合う永久磁石２２の間には、回転電機の軸方向に延在する第１導体が設けられており、これら第１導体は、回転子の軸方向の端部で第２導体（図１には図示せず）により電気的に接続されている。例えば、円環状の導体で上記すべての第１導体が第２導体と電気的に接続されている。また、これら第１導体および第２導体からなる導体１は、例えば、アルミニウム、銅、真鍮などの導電材で構成される。
【００１４】
理解を助けるために、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。軸方向に延在する第１導体１ａは、回転子の軸方向端部に設けられた円環状の第２導体１ｂで電気的に接続されている。円環状の第２導体１ｂは、軸方向の端部の両側に設けられている。
【００１５】
次に、第１導体１ａおよび第２導体１ｂで構成される導通回路を設けることで、回転角度検出が可能となる原理について説明する。回転角度を検出する方法としては、突極性を用いた手法がある。電機子電流に高周波電圧を注入したときに、突極性があるために高周波電流の振幅が回転子の回転角度によって変化する。そこで、この高周波電流の回転子位置依存性を利用するものが、本実施の形態１における回転角度検出方法である。
【００１６】
軸方向に延在する第１導体１ａは、独立した各永久磁石２２の間に配置されている。すなわち、第１導体１ａは、磁極中心から電気角±９０度離れた位置付近に配置されている。このような位置に第１導体１ａが配置されていると、電機子巻線１２に流れる電流によって発生する磁束の中で、極対数に一致する空間次数の磁束が、回転子２０の回転角度によって導通回路と鎖交する数が変化する。ここで、磁極中心とは、各磁極を構成する永久磁石の周方向の中心の角度位置のことを表す。これは、ｄ軸（直軸とも言う）の周方向位置、あるいはｄ軸から電気角１８０度離れた周方向位置と一致する。
【００１７】
第１導体１ａおよび第２導体１ｂが形成する閉回路である導通回路に磁束が鎖交する場合と鎖交しない場合とで比較すると、磁束が鎖交する場合には、導通回路に誘導電流が発生し、高周波電圧に対するインピーダンスが低下する。したがって、回転子の回転角度によって高周波電圧に対するインピーダンスが変化することになる。
【００１８】
回転角度検出を目的とするものではないが、自己始動型の回転電機では、先の特許文献３のように、導体を永久磁石の間の位置に設ける例がある。しかしながら、特許文献３における導体は、回転子鉄心の内部に埋め込まれているために、電機子巻線に流れる高周波電流による磁束と十分鎖交することができない。したがって、特許文献３の構造は、回転角度検出には適していない構成であった。
【００１９】
そこで、本発明では、高周波電流による磁束を効率よく導体（第１導体１ａおよび第２導体１ｂからなる導通回路）に鎖交させるため、導体の位置を工夫した。高周波電流による磁束は、回転子の内部にはあまり到達しないため、導体は、電機子巻線１２に近い位置である方が有利である。そこで、本実施の形態１における永久磁石型回転電機は、導通回路を構成する導体の一部または全体が、回転子鉄心２１の外部に配置された構成としている。
【００２０】
特に、本実施の形態１における図２の構成では、軸方向に延在する第１導体１ａが回転子鉄心２１の外部に配置（すなわち、第１導体１ａが、回転子鉄心２１よりも固定子側に近い位置に配置）されている。導通回路の一部である第１導体１ａが固定子側に近いため、電機子巻線１２が発生する高周波電流による磁束を効率よく鎖交することができ、回転子２０の角度によるインピーダンスの変化を大きくすることが可能となる。
【００２１】
次に、電流のリサージュ波形を用いて、本実施の形態１における永久磁石型回転電機の効果を、従来技術との対比に基づいて、具体的に説明する。３相の電機子巻線１２を、例えば、インバータのキャリア周波数の１／３程度の周波数で励磁することが考えられる。一般的なインバータでは、数百Ｈｚから１００ｋＨｚくらいとなる。このときに電機子巻線１２に流れる電流波形をｄｑ変換して、Ｉｄ（ｄ軸電流）、Ｉｑ（ｑ軸電流）を求め、それらをＩｄ−Ｉｑ平面上にプロットするとリサージュ波形が得られる。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機のリサージュ波形と従来の永久磁石型回転電機のリサージュ波形とを対比した説明図である。より具体的には、Ｉｄ−Ｉｑ平面上に電流値をプロットしたリサージュ波形であり、（ａ）導体なしの従来のリサージュ波形、（ｂ）導体埋め込み型の従来のリサージュ波形、（ｃ）本発明のリサージュ波形のそれぞれを比較したものである。
【００２３】
波形（ａ）が示すように、回転子２０に導体１を設けない従来の表面磁石型の回転電機の場合には、突極性がほとんどないために、円に近いリサージュ波形となる。この状態では、回転角度検出ができない。また、波形（ｂ）が示すように、導体１を回転子鉄心２１に埋め込んだ従来の回転電動機の場合には、突極性が少し現れるため、楕円形状のリサージュ波形となっている。しかしながら、インダクタンスが大きくなる傾向にあるため、リサージュ自体が小さくなり回転角度検出には不利となっている。
【００２４】
これらに対して、本発明の構成を有する永久磁石型回転電機の場合には、波形（ｃ）が示すように、突極性が大きく楕円形状となっている。さらに、導体１を回転子鉄心２１に埋め込んだ従来技術と比較すると、リサージュ波形も大きくなっているため、回転角度検出には有利となっている。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１において、実際に３種類の回転電機を設計した際のリサージュ波形の比較結果を示した図である。図３の説明図と同じ傾向が見られ、本発明の効果が示された。
【００２６】
さらに、図５は、本発明の実施の形態１において、図４の結果に基づいて３種類の回転電機の突極性の指標を算出した比較図である。図４のリサージュ波形を分析し、楕円の長軸方向の長さと短軸方向の長さとの差をとったものが、回転角度検出の容易さや精度の目安となる。そこで、「楕円の長軸方向の長さと短軸方向の長さとの差」を突極性の指標とし、導体１を設けない従来技術を１として規格化して図示したのが図５である。
【００２７】
導体１を設けない従来技術では、ほとんど突極性がない。また、導体１を回転子鉄心２１に設けてはいるが、導体１が回転子鉄心２１内部に埋め込まれている場合（図５における導体埋め込み型の場合）には、やや突極性の指標が増加する。これらに対して、本発明では、従来技術の場合を大きく上回る突極性の指標を示していることが理解できる。これにより、本発明の効果が示された。
【００２８】
次に、磁極の効果について説明する。本実施の形態１の永久磁石型回転電機の構成において、回転電機の磁極は、複数の独立した別個の永久磁石２２によって構成されている。これに対して、従来の構成例としては、すべての磁極が一体形状の永久磁石のものが、例えば、先の特許文献２に開示されている。
【００２９】
このような従来の構成では、導体１を設けるための溝が永久磁石２２に必要であるが、フェライト磁石や希土類の焼結磁石は、割れや欠けが発生しやすく加工性が悪い。従って、永久磁石２２にこのような溝を設けることも、後から導体１を溝に納めるときにも、応力が発生して、割れや欠けが発生する可能性があるという課題があった。
【００３０】
しかしながら、本発明のように別個の永久磁石２２で構成されていれば、隣り合う永久磁石２２の間に導体１を設けることで、永久磁石２２に割れや欠けが発生することなく、回転角度検出に必要な導体１を回転子２０に配置することができるという効果がある。
【００３１】
なお、特許文献２の構成は、導体１を回転子２０に設けるという点で、本発明と同じであるので、例として挙げた。しかしながら、この特許文献２の構成は、磁極間だけでなく磁極中心にも導体１が設けられているため、回転角度検出可能な構成になっておらず、本発明とはまったく異なった構成であり、本発明と同様の効果が得られない。
【００３２】
なお、ｄ軸インピーダンスＺｄ、およびｑ軸インピーダンスＺｑは、それぞれ下式（１）、（２）のように定義できる。
Ｚｄ＝Ｒａ＋ｊωＬｄ                          （１）
Ｚｑ＝Ｒａ＋ｊωＬｑ                          （２）
ここで、Ｒａは電機子巻線抵抗、Ｌｄ、Ｌｑはそれぞれｄ軸インダクタンス、ｑ軸インダクタンス、ωは電流の周波数である。注入する高周波電流の周波数は、例えば、数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚであるから、ＲａはωＬｄとωＬｑより十分小さくなる。導体に流れる誘導電流によってＬｄとＬｑに差異が発生するため、結果的にｄ軸インピーダンスとｑ軸インピーダンスの差異が発生する。
【００３３】
以上のように、実施の形態１によれば、永久磁石の周りに設けられた導通回路を備えた構成を有することにより、電機子巻線に高周波電流を注入したときのｄ軸インピーダンスとｑ軸のインピーダンスに差異が発生し、この現象を利用して、回転角度の検出が可能となる。従って、エンコーダやレゾルバなどの回転角度検出装置を設けなくても、回転角度の検出が可能となる。この結果、永久磁石型回転電機の構造を簡素化でき、小型化や低コスト化ができる。
【００３４】
さらに、導通回路を構成する導体は、その全部あるいは一部が回転子鉄心の外部に配置されている。これにより、インピーダンスの回転角度依存性が大きくなり、突極性が向上し、回転角度検出が容易になる。さらに、磁極は、複数の独立した別個の永久磁石によって構成されるので、導体を配置するために永久磁石に溝を設ける必要がなく、モータの工作性が向上する。
【００３５】
さらに、導通回路を構成する導体を、隣り合う永久磁石の間に配置している。このような配置によっても、インピーダンスの回転角度依存性が大きくなり、突極性が向上し、回転角度検出が容易になる。さらに、導通回路を構成する導体の一部が固定子側に近いため、電機子巻線が発生する高周波磁束を効率よく鎖交することができ、突極性が向上する。
【００３６】
なお、上述した本実施の形態１では、図１で示した８極１２スロットの回転電機を例に説明したが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。任意の極数、スロット数の回転電機にも適用可能である。例えば、図６は、本発明の実施の形態１における図１とは異なる構成の永久磁石型回転電機の断面図であり、このような１０極１２スロットの回転電機にも適用可能である。ただし、図６の構成においては、電機子巻線を省略して示している。
【００３７】
この１０極１２スロットの回転電機は、図１の８極１２スロットに比較して、トルク脈動が小さいため、コギングトルク、トルクリップル低減と回転センサレス駆動の両立に適した構成であるといえる。また、図１と図６の電機子巻線は、ともに集中巻を想定しているが、分布巻にも本発明が適用できることは言うまでもない。
【００３８】
また、本発明は、図１に示したように表面磁石型の回転電機に適用できる。一般に、突極性を利用した回転センサレス駆動には、永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ「埋め込み磁石型（いわゆるＩＰＭ型）」が用いられる。ただし、埋め込み磁石型は、トルク脈動が大きいという課題があり、サーボモータや電動パワーステアリング装置には適さない場合が多い。
【００３９】
しかしながら、本発明の構成を用いることで、表面磁石型の回転電機でも回転センサレス駆動が可能となるという効果もある。すなわち、本発明の構成を備えた永久磁石型回転電機は、低トルク脈動と回転センサレス駆動の両立が可能となる。
【００４０】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、複数の永久磁石２２の周囲に、１つの導通回路を設けた場合について説明した。本実施の形態２では、それぞれの永久磁石２２の周囲に個別の導通回路を設ける場合について説明する。
【００４１】
図７は、本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の回転子の断面図である。固定子１０は省略しているが、固定子鉄心１１と電機子巻線１２を有し、回転子２０は、回転子鉄心２１と永久磁石２２を有す。永久磁石２２は、磁極を構成するが、複数の磁極は、それぞれ個別の独立した永久磁石２２で構成されている。
【００４２】
永久磁石２２の飛散防止などに用いられるステンレス製の管を設ける場合もあるが、この図では省略している。回転子２０には、回転電機の回転子２０の軸方向に延在する第１導体１ａを配置し、第１導体１ａを電気的に接続する第２導体１ｂとから構成される１ターンまたは２ターン以上の電気回路（導通回路）が具備されている。電気回路を構成する導体は、先の実施の形態１と同様に、その全部あるいは一部が回転子鉄心２１の外部に配置されている。なお、図７では、１ターンの電気回路としている。
【００４３】
理解を助けるために、図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。軸方向に延在する第１導体１ａは、回転子２０の軸方向端部に設けられた別の第２導体１ｂで電気的に接続されて電気回路を構成している。
【００４４】
この例は、１ターンの電気回路であるが、２ターン以上でもよい。これら電気回路が各磁極に設けられている。ただし、すべての磁極に設ける必要は必ずしもなく、一部の磁極に設けるだけであっても同じ効果が得られる。
【００４５】
回転角度検出の原理は、先の実施の形態１と同様であり、回転角度を検出する方法として、突極性を用いた手法を用いている。電機子巻線１２に高周波電圧を注入したときに、突極性があるために高周波電流の振幅が回転子２０の回転角度によって変化する。そこで、この高周波電流の回転子位置依存性を利用する方法である。
【００４６】
高周波電流が作る磁界によって導体１に誘導電流が流れ、突極性が発生する。導体１の形状と配置は、先の実施の形態１と異なるものの、回転角度検出の原理は、先の実施の形態１と同じであるため、詳細は省略する。
【００４７】
回転角度検出を目的とするものではないが、自己始動型の回転電機では、先の特許文献３のように、導体を永久磁石の間の位置に設ける例がある。しかしながら、特許文献３における導体は、回転子鉄心の内部に埋め込まれているために、電機子巻線に流れる高周波電流による磁束と十分鎖交することができない。したがって、特許文献３の構造は、回転角度検出には適していない構成であった。
【００４８】
そこで、本発明では、高周波電流による磁束を効率よく導体（第１導体１ａおよび第２導体１ｂからなる導通回路）に鎖交させるため、導体の位置を工夫した。高周波電流による磁束は、回転子の内部にはあまり到達しないため、導体は、電機子巻線１２に近い位置である方が有利である。そこで、本実施の形態２における永久磁石型回転電機は、導通回路を構成する導体の一部または全体が、回転子鉄心２１の外部に配置された構成としている。
【００４９】
図８に示すように、軸方向に延在する第１導体１ａが回転子鉄心２１の外部に設けられている。このような構成にすることで、高周波電流による磁束が、第１導体１ａおよび第２導体１ｂからなる閉回路である導通回路に効率よく鎖交し、回転子の角度によるインピーダンスの変化を大きくすることが可能となる。
【００５０】
また、同じく回転角度検出を目的とした例ではないが、自己始動型の回転電機では、先の特許文献２のような例がある。本実施の形態２の永久磁石型回転電機の構成において、回転電機の磁極は、先の実施の形態１と同様に、複数の独立した別個の永久磁石によって構成されている。
【００５１】
これに対して、特許文献２における従来の構成例としては、すべての磁極が一体形状の永久磁石となっている。このような従来の構成では、導体を設けるための溝が永久磁石に必要であるが、フェライト磁石や希土類の焼結磁石は、割れや欠けが発生しやすく加工性が悪い。従って、永久磁石にこのような溝を設けることも、後から導体を溝に納めるときにも、応力が発生して、割れや欠けが発生する可能性があるという課題があった。
【００５２】
しかしながら、本発明のように別個の永久磁石２２で構成されていれば、隣り合う永久磁石２２の間に導体１を設けることで、永久磁石２２に割れや欠けが発生することなく、回転角度検出に必要な導体を回転子に配置することができるという効果がある。
【００５３】
以上のように、実施の形態２によれば、それぞれの永久磁石の周囲の個別の導通回路を設けることによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、永久磁石を複数用いることで、隣り合う永久磁石間に導体を容易に設けることができる。この結果、永久磁石に溝を設ける必要がなくなり、永久磁石に割れや欠けが発生することを防止することができる。
【００５４】
なお、上述した本実施の形態２では、図７に示した８極の回転電機を例に説明したが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。任意の極数、スロット数の回転電機にも適用可能であり、例えば、１０極の回転電機にも適用可能である。先の実施の形態１で述べたように、１０極１２スロットの回転電機は、８極１２スロットに比較して、トルク脈動が小さいため、コギングトルク、トルクリップル低減と回転センサレス駆動の両立に適した構成であるといえる。また、電機子巻線は、集中巻でも分布巻でも本発明が適用できることは言うまでもない。
【００５５】
また、本発明は、図７に示したように表面磁石型の回転電機に適用できる。一般に、突極性を利用した回転センサレス駆動には、永久磁石を回転子鉄心に埋め込んだ「埋め込み磁石型（いわゆるＩＰＭ型）」が用いられる。ただし、埋め込み磁石型は、トルク脈動が大きいという課題があり、サーボモータや電動パワーステアリング装置には適さない場合が多い。
【００５６】
しかしながら、本発明の構成を用いることで、表面磁石型の回転電機でも回転センサレス駆動が可能となるという効果もある。すなわち、本発明の構成を備えた永久磁石型回転電機は、低トルク脈動と回転センサレス駆動の両立が可能となる。
【００５７】
実施の形態３．
本実施の形態３では、電機子巻線が発生する高周波磁束を、より効率よく鎖交することができる導通回路の構造について説明する。図９は、本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。回転子鉄心２１の周辺に、磁極を構成するために、複数の独立した別個の永久磁石２２が配置されており、表面磁石型の回転電機の構成となっている。永久磁石２２などの飛散防止などに用いられるステンレス製の管を設ける場合もあるが、この図では省略している。また、隣り合う永久磁石２２の間には、導体１が配置されている。
【００５８】
このような図９の構成を有する回転子２０は、先の実施の形態１で述べた図１における回転子の構成に対応するものである。ただし、導体１の形状が、これまで述べた実施の形態とは異なっている。図９に示すように、導体１の固定子１０に近い側が周方向に伸びた形状となって、永久磁石２２に被さった形状となっている。
【００５９】
導体１をこのような形状とすることで、導体１が形成する閉回路が電機子巻線１２の高周波電流による磁束を効率よく鎖交するために、突極性が向上し、回転角度検出の性能が向上するという効果がある。
【００６０】
図１０は、本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。回転子鉄心２１の周辺に、磁極を構成するために、複数の独立した別個の永久磁石２２が配置されており、表面磁石型の回転電機の構成となっている。永久磁石２２などの飛散防止などに用いられるステンレス製の管を設ける場合もあるが、この図では省略している。また、隣り合う永久磁石２２の間には、導体が配置されている。
【００６１】
この図１０における導体１は、先の図８のように、個別の永久磁石２２の周辺を囲む形で１ターンの電気回路を形成している。すなわち、このような図１０の構成を有する回転子２０は、先の実施の形態２で述べた図７における回転子の構成に対応するものである。ただし、導体１の形状が、これまで述べた実施の形態とは異なっている。図１０に示すように、導体１の固定子に近い側が周方向に伸びた形状となって、永久磁石２２に被さった形状となっている。
【００６２】
導体１をこのような形状とすることで、導体１が形成する閉回路が電機子巻線１２の高周波電流による磁束を効率よく鎖交するために、突極性が向上し、回転角度検出の性能が向上するという効果がある。ただし，導体１の固定子に近い側が周方向に伸びた形状であれば，必ずしも永久磁石２２に被さった形状である必要はなく，同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６３】
以上のように、実施の形態３によれば、導通回路を構成する第１導体において、電機子側に近い部分で周方向に広がって永久磁石に被さる形状を設けることにより、電機子巻線が発生する高周波磁束を効率よく鎖交することができる。この結果、突極性が向上し、回転角度検出が容易になる。
【００６４】
実施の形態４．
先の実施の形態３では、電機子巻線が発生する高周波磁束を、より効率よく鎖交することができる導通回路の構造について説明した。これに対して、本実施の形態４では、電機子巻線が発生する高周波磁束を、より効率よく鎖交することができる回転子鉄心の構造について説明する。
【００６５】
図１１は、本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。先の実施の形態１に対応する構成であるが、回転子鉄心２１と導体１の断面形状が異なっている。導体１の形状は、先の実施の形態３の図９で述べたように、電機子側に近い部分を周方向に広げた形状となっている。さらに、図１１の構成では、回転子鉄心２１の形状が先の図９の構成とは異なっており、回転子鉄心２１は、導体１に接して突起部２１ａが設けられている。
【００６６】
このように、回転子鉄心２１が導体１に接している構成となることで、両者の磁気的ギャップが小さくなり、導体１が形成する閉回路に鎖交する高周波電流による磁束を増加させて、突極性を向上し、回転角度検出の性能が向上するという効果が得られる。特に，回転子鉄心２１に突起部２１ａを設ける構成にすると、導体１を固定子に近づけることと、回転子鉄心２１が導体１に接することとが両立しやすいという効果がある。
【００６７】
図１２は、本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。図１２の構成では、回転子鉄心２１の形状が先の図７の構成とは異なっており、回転子鉄心２１は、導体１に接して突起部２１ｂが設けられている。図７では導体１と回転子鉄心２１は接していないが，図１２では導体１と回転子鉄心２１が接している。
【００６８】
このように、回転子鉄心２１が導体１に接している構成となることで、両者の磁気的ギャップが小さくなり、導体１が形成する閉回路に鎖交する高周波電流による磁束を増加させて、突極性を向上し、回転角度検出の性能が向上するという効果が得られる。特に，回転子鉄心２１に突起部２１ｂを設ける構成にすると、導体１を固定子に近づけることと、回転子鉄心２１が導体１に接することとが両立しやすいという効果がある。
【００６９】
以上のように、実施の形態４によれば、回転子鉄心と、導通回路を構成する導体とを接触させることにより、電機子巻線が発生する高周波磁束を効率よく鎖交することができる。この結果、突極性が向上し、回転角度検出が容易になる。特に，回転子鉄心に突起部を設ける構成にすると、導体を固定子に近づけることと、回転子鉄心が導体に接することとが両立しやすいという効果がある。
【００７０】
実施の形態５．
本実施の形態５では、導通回路を構成する導体の飛散防止効果を向上させるための構造について説明する。図１３は、本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。また、図１４は、本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。それぞれ、先の実施の形態１と実施の形態２に対応した構成である。ただし、導体１と回転子鉄心２１の断面形状が異なっている。図１３、図１４では、ともに導体１の半分程度が回転子鉄心２１に埋め込まれた構成を有している。
【００７１】
このような構成にしたことで、導体１の回転子鉄心２１への固定力が強くなるため、導体１の飛散防止効果が向上するという効果がある。特に、図１３に示したように、回転軸に近い側の導体１が周方向に広がった形状となっている場合には、その効果が大きい。さらに、導体１と回転子鉄心２１が接しているため、磁気抵抗が小さくなり、電機子巻線１２が発生する高周波磁束を効率よく鎖交することができるため、突極性が向上するという効果がある。
【００７２】
以上のように、実施の形態５によれば、導体の回転子鉄心への固定力が強くなるため、導体の飛散防止効果が向上する。さらに、導体と回転子鉄心が接しているため、磁気抵抗が小さくなり、電機子巻線が発生する高周波磁束を効率よく鎖交することができる。この結果、突極性が向上し、回転角度検出が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機のリサージュ波形と従来の永久磁石型回転電機のリサージュ波形とを対比した説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、実際に３種類の回転電機を設計した際のリサージュ波形の比較結果を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、図４の結果に基づいて３種類の回転電機の突極性の指標を算出した比較図である。
【図６】本発明の実施の形態１における図１とは異なる構成の永久磁石型回転電機の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の回転子の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。
【図１０】本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。
【図１１】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。
【図１２】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。
【図１３】本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の回転子の断面図を示したものである。
【図１４】本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の別の回転子の断面図を示したものである。
【符号の説明】
【００７４】
１、１ａ、１ｂ  導体（導通回路）、１１  固定子鉄心、１２  電機子巻線、２０  回転子、２１  回転子鉄心、２１ａ、２１ｂ  突起部、２２  永久磁石。
【図１】
0005183218.tif 000002
【図２】
0005183218.tif 000003
【図３】
0005183218.tif 000004
【図４】
0005183218.tif 000005
【図５】
0005183218.tif 000006
【図６】
0005183218.tif 000007
【図７】
0005183218.tif 000008
【図８】
0005183218.tif 000009
【図９】
0005183218.tif 000010
【図１０】
0005183218.tif 000011
【図１１】
0005183218.tif 000012
【図１２】
0005183218.tif 000013
【図１３】
0005183218.tif 000014
【図１４】
0005183218.tif 000015